CN117460565A - 具有旁路保护的分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防止微塑料进入环境中。具体地，本发明涉及再生过滤器的压力消耗，该过滤器用于去除来自任何源头的流出物中的微塑料，但具体地去除来自洗衣机废水的微纤维。在一个实施方案中，提供了一种用于从流出物中分离微塑料的分离器，该分离器包括：具有入口和出口的室；在该入口与该出口之间形成可渗透屏障以过滤该流出物的筛结构，因此该筛结构具有用于未过滤的流出物的入口侧和用于过滤的流出物的出口侧，其中旁路管道设置在该入口与该出口之间以在该流体的流动被阻碍的情况下提供用于流出物的另选路线。

Description

具有旁路保护的分离器

背景技术

技术领域

本发明涉及防止微塑料进入环境中。具体地，本发明涉及再生过滤器的压力消耗，该过滤器用于去除来自任何源头的流出物中的微塑料，但具体地去除来自洗衣机废水的微纤维。

相关技术描述

微纤维是河流和海洋中最丰富形式的微塑料污染。由于它们的微观尺度，微纤维被处于从浮游生物到顶级掠食者的所有食物链等级的生物食用。一旦摄入，塑料就会降低喂食效率(假饱食)，它们可能损害动物的肠道并且将有害的添加剂比如PCB、杀虫剂、阻燃剂转移给消耗其的动物。食物链底层的动物消耗的塑料也影响它们的掠食者，这些掠食者每天消耗许多被污染的猎物。微纤维在食物链中的广泛性已自然地导致关于这些微纤维转移给人类的担忧，并且在预定用于人类消费的甲壳类、软体动物类和鱼类中已观察到污染。

与容易从化妆品和清洁产品中排除的微珠不同，微纤维是通过对衣物的损害而形成的。海洋中所有微塑料的三分之一来自对合成纺织物的洗涤。源自石化产品的合成织物占所有纺织物的65％。由洗衣机中的磨损力引起的磨损和撕裂导致人造-纺织物的碎裂，从而形成数十万根长度小于5mm的微纤维，这些微纤维从住宅和排泄网泄漏到海洋中。

微塑料对海洋生态系统的巨大影响开始被理解。在《整体环境科学》(Science ofthe Total Environment)期刊中公布的2019年的研究发现来自东北大西洋的150个鱼样品中的49％含有微塑料，有证据表明这导致了对脑、鳃和背肌的伤害。这些微塑料也以每年人均518至3078个微塑料制品的比率传递给消耗鱼的人。

该影响不仅出现在鱼群中，也出现在藻类(生命的构建单元)中。在《水生毒理学》(Aquatic Toxicology)期刊中公布的2015年的研究证明高浓度的聚苯乙烯颗粒减少了高达45％的藻类生长。这应当是值得关注的，因为微藻类是在这个地球上的世界上最大的氧气生产者之一。

废水处理厂不能每天去除通过这些微藻类的数百万根纤维。目前，二级水平水处理去除了大约98％的通过这些微藻类的微塑料。然而，逃逸的小部分仍然相当于每天每次处理工作数千万根纤维。

此外，废水处理厂产生“污水污泥”，并且当污泥散布在农业用地上时，在被释放到自然环境中的排放物上发现塑料微纤维，因此微纤维进入到食物链、废物转能(其可破坏纤维但释放有害气体)或者排放到河流或海洋中。

当前的洗衣机过滤器被设计成阻止硬币和纽扣破坏洗衣机泵。这些过滤器通常具有7mm至14mm的开孔，该开孔太大而不能有效地捕获大量微纤维。阻止微纤维所需的过滤通常小于400微米(um)。减小孔尺寸将去除水中更大比例的纤维。

已知的是，提供了阻止源头处的问题的网格过滤器。然而，网格过滤器很快堵塞，并且当这种情况发生时，它们的效果显著下降。这导致压力升高和流速降低，这可能导致泵的损害和洗涤循环的延迟。洗衣机存在于家用和商用环境中。

典型的前装式家用洗衣机在图1中以示意性形式示出。机器100包括可旋转的密封鼓轮单元101，该可旋转的密封鼓轮单元用于接收待洗涤的衣物。鼓轮单元101具有安装在静态防水罩内部的穿孔式圆柱形可旋转鼓轮。干净的水经由连接到干线的冷水或热水入口102并且在通常为1巴至5巴的干线压力下被馈送到鼓轮101中。在CPU 104的控制下，进入鼓轮101的水由电子阀管理。入口102连接到抽屉105，液体或粉末状洗涤剂可由使用者添加到该抽屉中。抽屉具有通向鼓轮单元101的出口。鼓轮单元可包括在CPU的控制下的加热器，以将水加热到期望的洗涤温度，通常高达90摄氏度。鼓轮可在CPU 104的控制下通过电动机106以通常为5至1600rpm的速度旋转。鼓轮单元可经由也由CPU控制的排出泵108排空。排出泵额定有给定功率以在其输出处产生已知压力。排出泵馈送到出口109中，该出口连接到家用或工业排出管并且最终连接到废水网。

典型的顶装式机器将具有竖直的鼓轮轴线，但将以其他方式共享前装式机器的特征中的许多特征。

在使用中，将脏的衣物放置在鼓轮中，并且由使用者启动洗涤循环。CPU允许冷水经由抽屉流动以与洗涤剂混合，然后进入水在其中被加热的鼓轮。通过旋转鼓轮来搅动组合的水、洗涤剂和衣物。在该过程中，灰尘和油脂被释放到水中，并且纤维也从衣物中释放出来。如果该衣物是合成的，则微纤维通常在衣物相互摩擦时释放。在洗涤循环结束时产生的流出物是碎屑、灰尘、油脂和微纤维以及潜在地大的物体(诸如，留在衣物中的硬币或指甲)的混合物。然后将该流出物排出并且以3加仑/分钟至8加仑/分钟的典型速率泵出鼓轮。可执行利用干净的水的第二或第三漂洗循环，从而产生具有较低浓度污染物的流出物。洗衣机的排出速率受鼓轮中的水位、出口点的高度以及过滤器是否连接到出口的影响。

在典型的洗涤中，微纤维的最高浓度在5mm至50um的范围内，但存在更短的微纤维，其仍然对环境有害。如果需要去除长度低至50um的所有尺寸的微纤维的99％，则具有25um的孔的网格将理论上能够实现这一点。然而，在实践中，直接放置在流出物的流中的此类网格将几乎立即堵塞并且过滤器将变得不可操作。这将导致出口中的压力消耗的升高，并且潜在地损害泵并导致溢流。

图2示出了常规的分离器或过滤器布置。入口201将流出物导入到过滤器壳体202中，在该过滤器壳体内支撑筛结构203。筛结构可以是网格或其他穿孔式材料，其中网格开口尺寸被选择以捕获所需尺寸的颗粒。过滤后的流出物通过筛结构203到达出口204。过滤的废物积聚在筛结构的所谓未过滤侧上，而筛结构的出口侧被称为过滤侧。过滤器功效是其在维持可接受的流速的同时去除给定尺寸范围的碎屑的有效性，并且该功效与过滤器的压力消耗密切相关。图2所示的筛结构将变得很快被过滤的碎屑堵住，使得其压力消耗将增加。

图3中的曲线1是对图2所示的布置的有效性的测量，给定恒定的脏水流量，具有一致的污染水平。y轴表示在入口201处的流体压力P，并且可看到其逐渐升高，然后随着网格变得被滤液堵住而指数地升高。

在实践中，由于在每个洗涤循环中使用了有限量的水，因此来自洗衣机的流出物的流量不是随时间恒定的。图3中的曲线2示出了入口压力如何随时间变化，其中流出物的流动停止，通过设备排出，然后再次开始。可看到压力的降低，因为流动停止并且先前通过流动的压力而抵靠网格保持的碎屑落下，露出允许流体再次流过的孔，直到它们在下一次循环中被重新阻塞。曲线2表明常规设备所需的压力消耗通过使用而增加，因此过滤流出物所需的入口压力最终变得大于泵能够提供的压力。

如果过滤器中的压力积累太多，则可能发生溢流。本发明的一个目的是解决由堵塞的过滤器导致的性能损害的问题。

发明内容

在一个实施方案中，提供了一种用于从流体中分离固体材料的分离器，该分离器包括：具有入口和出口的室；在入口与出口之间形成可渗透屏障以过滤流体的筛结构，因此该筛结构具有用于未过滤流体的入口侧和用于过滤流体的出口侧；该分离器还包括：用于从筛结构移除过滤材料的过滤器压力再生装置，其中该过滤器压力再生装置包括管道和喷嘴组件，该喷嘴组件具有用于引导流体朝向筛结构的出口侧的至少一个清洁喷嘴，并且其中旁路管道设置在入口与出口之间以在流体的流动被阻碍的情况下提供用于该流体的另选路线。本文的描述涉及从流出物中过滤微塑料，但该分离器可用于从任何流体中分离任何固体材料。

该旁路管道可包括压力致动阀。

该旁路管道可包括重力旁路管。

该旁路管道可包括一系列重力旁路管。

该旁路管道可包括皮托管。

该旁路管道可包括文氏管。

旁路系统可包括电子控制阀。

可提供流体水平检测器，并且过滤器压力再生装置可被布置成根据来自该流体水平检测器的输出致动。

贮存器可设置在室的下方，并且流体水平检测器可位于该贮存器中。

该流体水平检测器可以是浮子开关。

过滤器压力再生装置可包括管道和喷嘴组件，该喷嘴组件具有指向筛结构的出口侧的至少一个清洁喷嘴。

室可以是圆柱形的，并且筛结构可以是在该室内的同轴圆柱体，并且其中壁可设置到入口的一侧，使得流体可围绕筛结构被引导通过通道，使得被来自清洁喷嘴的洗涤水移除的过滤的固体积聚在壁的远离入口的一侧上。过滤的固体材料沿着通道前进的这种布置的优点在于更好地利用空间、增加固体材料收集能力以及易于处理过滤的固体。

可提供捕集器，该捕集器包括在通道的基部中至子室的开口，积聚的过滤的固体可被收集在该子室。

喷嘴组件可包括多个清洁喷嘴，该多个清洁喷嘴可围绕筛结构的中心轴线旋转。

泵可被设置成与室的出口流体连通。

泵可以是被布置成排出分离器的水泵。

泵可被布置成将过滤的流体再循环到过滤器压力再生装置的管道。

限制件可设置在泵下游的管道中，其中该限制件的孔可被设置为确保预设量的过滤的流体再循环到过滤器压力再生装置中并且一定量的过滤的流体被排出。

通气口可设置在泵与过滤器压力再生装置之间的管道中，以将空气引入到管道中。

第二泵可被布置成将过滤的流体再循环到过滤器压力再生装置的管道。

分离器还可包括位于泵与过滤器压力再生装置之间的空气泵，以将空气引入到管道中并且排出分离器。

喷嘴组件可包括喷嘴，该喷嘴被布置成引导流体流朝向可旋转板，其中该板被布置成在流体流的力下旋转并且朝向筛结构向外喷射流体。

在一个实施方案中，提供了一种具有分离器的洗衣机。

在一个实施方案中，提供了一种操作上述类型的分离器的方法，该方法包括以下步骤：通过筛结构过滤流体，当筛结构入口处的压力超过预先确定的阈值时允许流体绕过筛结构。

该方法还可包括以下步骤：允许流体通过无源旁路系统绕过筛结构。

该方法还可包括以下步骤：使用传感器来检测入口处的压力，并且当压力差到达预先确定的阈值时控制旁路管道中的电子阀。

附图说明

图1示出了典型的家用洗衣机。

图2示出了常规的分离器。

图3是示出了不同类型的过滤器组件的功效的曲线图。

图4示出了包括压力致动阀的旁路系统。

图5示出了包括直立管的旁路系统。

图6示出了包括通过反虹吸室接合的一对直立管的旁路系统。

图7示出了包括皮托管的旁路系统。

图8示出了包括文氏管的旁路系统。

图9示出了具有排出系统和旁路的实施方案。

图10示出了具有压力消耗再生装置和旁路的实施方案的横截面。

图11示出了具有圆柱形筛结构和旋转清洁喷嘴阵列以及旁路系统的实施方案。

图12示出了具有再循环系统的图11的实施方案。

图13示出了具有带有旁路系统的组合的再循环泵和排出泵的分离器的实施方案。

图14示出了具有单个泵和出口中的限制件的分离器的实施方案。

图15示出了具有带有旁路系统的单独的再循环泵和排出泵的分离器的实施方案。

图16示出了具有带有旁路系统的液体再循环泵和空气排出泵的分离器的实施方案。

图17示出了具有通过浮子开关操作的旁路系统的实施方案。

图18示出了内部装备有分离器的实施方案的洗衣机

图19示出了外部改装有分离器的实施方案的洗衣机。

图20是具有喷嘴组件的过滤器组件的透视图，该喷嘴组件具有可旋转板。

图21a是分离器单元的实施方案的透视图。

图21b是其中壶被去除的图21a的实施方案的透视图。

图22a是图21a的实施方案的剖视图。

图22b是图21a的实施方案的泵和管道组件的透视图。

图23是图21a的实施方案的过滤器组件的一部分的透视图。

图24是图21a的实施方案的喷嘴组件的透视图。

图25是其中盖被去除的图21b的壶的顶视图。

图26是在图21a的实施方案的部件中就位的印刷电路板的视图。

具体实施方式

虽然下面的描述集中于用于衣物的洗衣机，但应当理解，本文的教导内容不限于在洗衣机中的使用，因为它们同样适用于其他处理电器，诸如但不限于干燥机，诸如烘洗一体机、烘干机、染色机、切割机、回收机、干洗机等。洗衣机或其他处理电器可以是家用或商用的。本文的教导内容还可用于其中可由于对制品的处理而产生微粒的其他工业中。因此，本文对洗衣机的引用应被理解为包括本文所设想类型的任何类似电器。

本文所述的分离器可在制造期间安装在电器本身内(如图18所示)或者外部改装到洗衣机或其他电器上(如图19所示)。

上述分离器系统1700可安装在洗衣机内，如图18所示。来自洗衣机鼓轮的废物连接到分离器1700的入口1707，并且该分离器的出口连接到废物出口1709。示出了用于再生装置的淡水供应源1706，但如果使用再循环系统，则该供应源是不必要的。分离器系统1708可位于洗衣机外部，连接到该洗衣机的废水出口，如图19所示。入口1709将流出物供给到分离器1708中，并且出口1710馈送到排污管道1705中。所示的实施方案装配有排出泵以实现低于图中的虚线水线(即，排污管道的顶部)的安装。所示的实施方案还具有再循环系统，因此不需要单独的淡水供应源。设备可连接到电力源(未示出)以操作泵。

还应当理解，本文的教导内容适用于需要从任何流出物(包括废水)中去除微塑料(包括微纤维)的任何应用，在该流出物中可能夹带此类材料。

应当注意，来自洗衣机和其他应用的废水包含包括微塑料的多种化合物。尽管该过滤器特别地适用于捕获微塑料，但由于其所在的操作环境，该系统对于过滤器所接触的苛刻且多样的化合物也是稳健的，并且还适用于过滤出夹带在流出物中的任何固体材料。

流出物被理解为包括来自上文所提及的源头的废水。它还可包括来自废水处理厂的废水。流出物包括夹带的灰尘、洗涤剂和微污染物，这些微污染物包括微塑料(其包括微纤维)。

图4示出了具有旁路特征的分离器单元的实施方案，该旁路特征用于在过滤器变得阻塞的情况下允许流出物绕过该过滤器。该分离器单元具有流出物入口401、支撑筛结构的壳体402和出口404。旁路管道405将入口401连接到出口403。压力致动阀406位于管道405中。示例性阀是X-Fragm阀。当入口处的压力超过某一预设值时，压力致动阀打开。因此，如果因为过滤器被堵塞而使流出物在入口处回流，则阀将打开并使流出物通过至出口，在该出口处流出物可安全地排放到废物管。

在该实施方案中，压力致动阀可被设计成具有使得阀能够翻转并因此打开的横截面轮廓，从而允许流出物的流动。当压力降低时，阀将会自动地自关闭并返回到原始取向。

打开压力阈值可通过改变柔性材料(部件从其制造而来)的柔性或肖氏硬度来控制。

旁路可以是对流体流动打开或关闭的二进制机构。另选地，旁路可在分级的基础上操作，其中它允许变化量的流体通过，这取决于施加到旁路机构的压力。

旁路可被监测以确立其是处于打开状态还是关闭状态。该传感系统可能包括流体传感器、机械传感器或压力传感器。这将使得旁路能够与洗衣机连通。

在另一实施方案中，传感系统可用于预测旁路机构的操作，并且在旁路事件之前通知使用者过滤器需要排空。

另选地，阀406可以是可被电子控制的类型。检测筛结构的两侧之间的压力差的压力传感器可控制阀，使得如果压力差到达预先确定的水平，则操作该阀并且致动旁路。在该实施方案中，传感系统可用于通过软件逻辑控制旁路的操作。

图5示出了具有另选旁路系统的另一实施方案，其中直立管504将入口501连接到分离器单元503的出口502。管的高度“H”确定旁路操作的压力。该系统的缺点在于，在分离器单元的上方需要显著的高度来装配管504，这在洗衣机位于有限空间中时可能是一个问题。

图6示出了具有另外的另选旁路系统的另一实施方案，该另外的另选旁路系统具有用于装配在有限空间中的较低轮廓。该系统包括将入口602连接到分离器单元604的出口603的一对直立管601a、601b。这些管通过室605连接。第一直立管601a在高度“H”处将流出物排空到室605的顶部中。当流出物到达第二管601b的高度“H”时，它将通过至出口603。该布置产生反虹吸并且意味着过滤的流出物必须具有足够的压力以到达2xH。

上文的实施方案通过产生对流出物流动的阻塞来进行工作。从洗衣机制造商的角度来看，这可能是不期望的，这些洗衣机制造商经常明确要求连接到他们的机器的出口的任何东西必须不会导致阻塞。图7和图8示出了旁路系统，该旁路系统使用进入流出物的流动的压力来维持阻塞，直到与堵塞相关联的降低的流速减小。图7是在分离器703的出口702中包括皮托管的旁路系统。皮托管连接到分离器703的入口704。当过滤的流出物流出出口进入到皮托管中时，压力足以防止流体从入口到出口绕过分离器。当过滤的流出物由于分离器中的堵塞而停止流出出口时，在皮托管中将不存在反向压力并且流出物将自由地直接从出口流动到入口。

图8示出了使用文丘里效应来操作旁路系统的另外的实施方案。管801连接到分离器803的入口802。限制件804设置在管801中。管道805设置在限制件与分离器803的出口805之间。当分离器正常操作时，流过限制件804至入口的未过滤的流出物将具有比流出出口的过滤的流出物更低的压力，因此旁路将不进行操作。如果分离器阻塞并且过滤的流出物减速，则入口处的压力将升高并且旁路将进行操作。

该旁路可用于在过滤器膜变得阻塞时并且也在用于维护或排空的拆卸期间由使用者打开该设备时均提供用于流出物直接至该设备的出口的通道。旁路是有利的，因为其可用于阻止水流离开设备通过拆卸的产品，否则这将导致泄漏或溢流。

旁路的另一益处在于其调节过滤器系统所经历的压力。例如，如果旁路的开口压力被设置为6Kpa，则这也将是过滤器网格和再生系统通常经历的最大压力。通过限制该压力，也限制了将流出物施加到网格上的力。这是有利的，因为再生系统和洗涤流体速度可被优化以在该最大施加力下工作。

图9示出了分离器的实施方案，该分离器可被装配到洗衣机低于水线并且包括可以是上述类型中的任一种类型的旁路系统。该分离器包括具有传感器的贮存器903，该传感器用于检测该贮存器中何时存在流体。提供了泵，该泵被布置成当在贮存器中检测到流体时操作，并且因此分离器将总是清空流体，准备好排空过滤的微塑料。旁路系统确保了如果泵和传感器布置失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并导致溢流。传感器可以是贮存器中的浮子开关或压力传感器。

图10示出了具有过滤器压力再生系统并且包括旁路系统的分离器的实施方案，该旁路系统可以是上述类型中的任一种类型。其包括馈送由过滤器壳体1002和筛结构1003界定的通道的流出物入口1001。过滤的流出物经由出口1004离开分离器。提供了清洁喷嘴1005，该清洁喷嘴被布置成将洗涤流体的清洁射流引导朝向筛结构1003的过滤侧。清洁喷嘴1005通过管道1006连接到洗涤流体供应源。清洁喷嘴被周期性地供应有清洁流体以从筛结构的未过滤侧移除过滤材料，这允许更多的流出物被过滤出并且因此再生压力消耗。当废物材料被移除时，流出物流携带该废物材料进一步远离入口朝向通道的远端。旁路系统1007将入口连接到出口。这确保了如果再生系统出于某些原因而失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并且导致溢流或延迟洗涤循环。

图11示出了包括过滤器压力再生系统和旁路系统的分离器单元的实施方案。分离器单元1100包括外圆柱形壁1101。在该实施方案中，外壁是透明的，使得使用者可看到分离器何时操作并且还可看到积聚的过滤的废物。分离器单元1100具有圆形盖1102和基部1103。入口1104设置在壁1101中。出口1105设置在基部1103中。

圆柱形筛结构与外壁1101同轴地设置。筛结构在盖1102与基部1103之间延伸并提供密封，未过滤的流出物不能通过超出该密封。筛结构包括开口支撑支架，具有25微米孔的网格固定到该开口支撑支架。5微米至75微米范围内的网格尺寸也是合适的。网格将固体材料从流出物的液体组分中分离。内部划分壁1107产生用于流出物围绕筛结构流动(在入口1104处开始)的通道。室被分隔件1108水平地划分成两部分。分隔件1108在内部划分壁1107的另一侧上具有开口。开口和分隔件1108下方的室的下部部分的组合提供了捕集器1109，废物材料可积聚在该捕集器内。出口1105连接到收集通过网格的过滤的流出物的斗管1110。中心竖直管道1111将洗涤流体提供给喷嘴组件。喷嘴组件包括安装在可旋转轮毂1113上的推进喷嘴1112。喷嘴组件包括安装在可旋转轮毂1113上的清洁喷嘴(未示出)。清洁喷嘴从轮毂径向向外延伸到筛结构的过滤侧附近。

分离器单元的直径大约是15cm。然而，应当理解，可根据应用选择更大或更小的直径。根据待过滤的流出物的流速选择单元的尺寸。直径15cm的分离器足以处理以13升/分钟的速率流动的来自家用洗衣机的流出物。

使得水以给定流速通过的网格的开口面积可通过改变网格表面积或网格孔来调整。网格孔影响效率，因此较小的网格孔通常是优选的以提供更好的效率。网格表面积是高度和直径的函数，因此如果直径减小，可通过增加高度来匹配给定的面积，并且反之亦然。所有变量可被调整以满足产品包装和效率规格要求。

旁路系统1115将入口连接到出口。这确保了如果再生系统出于某些原因而失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并且导致溢流。

在另一实施方案中，过滤的流出物用于洗涤筛结构。图12示出了具有入口1201、圆柱形壳体1202和筛结构1203的分离器单元。出口1205收集过滤的流出物。过滤的流出物的一部分被转移到管道1206中，在该管道中该过滤的流出物的一部分被泵1207加压并且被引导到中心竖直管道1208中，该中心竖直管道将洗涤流体提供给喷嘴组件1209。旁路系统1210将入口连接到出口。这确保了如果再生系统出于某些原因而失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并且导致溢流。该实施方案不适用于低于水线的位置，因为出口不被泵送，其必须通过重力排出。

图14示出了适用于低于水线的位置并且还再循环过滤的废水中的一些过滤的废水以再生过滤器压力的实施方案。分离器单元1300具有入口1301、壳体1302、筛结构1303和出口1304。来自出口1304的过滤的流出物中的所有过滤的流出物经由泵1305泵送出。泵1305被布置成经由管道1306将过滤的流出物的一部分转移到中心竖直管道1307，该中心竖直管道将洗涤流体提供给喷嘴组件1308。限制件1309设置在泵出口管1310中，以确保足够体积的流体再循环到压力再生系统。另选地，泵1305可具有如图14所示的单个出口和将要再循环到压力再生系统中的一些过滤的流出物转移到管道1313并且将其余部分转移到排污管道的接点1312。限制件1314被设置成确定再循环的过滤的流出物的比例。可在管道1306中设置空气入口1315，该空气入口允许空气进入压力再生系统中以增强清洁流体的射流对筛结构的过滤侧的清洁效果。上述类型的旁路系统1310将入口连接到出口。这确保了如果再生系统出于某些原因而失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并且导致溢流。

电子控制的分流阀可被设置成将过滤的流出物再循环到过滤器压力再生装置的管道以及/或者排出分离器，使得仅需要单个泵来排出分离器并且将废水再循环到再生系统。

能够分别控制分离器单元的排泄和压力再生可能是有利的。图15示出了通过提供两个泵来允许这一点的实施方案；排泄泵1405和再循环泵1408。分离器单元具有进入壳体1402的入口1401，该壳体支撑将入口1401与出口1404分开的筛结构1403。出口1404具有通向排泄泵1405的管道。在筛结构的过滤侧上还有洗涤流体管道1407，该洗涤流体管道通向洗涤流体泵1408并继续通向馈送清洁喷嘴组件1410的另外的洗涤流体管道1409。排泄泵1405可以是正位移泵或离心泵，其在大约0.1巴10升/分钟下操作，但可在高达1巴和15升/分钟的范围内操作。再循环泵1408在大约0.3巴和5升/分钟下操作，但可在高达5巴和10升/分钟的范围内操作。上述类型的旁路系统1411将入口连接到出口。这确保了如果再生系统出于某些原因而失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并且导致溢流。

图16示出了分离器单元的另选实施方案，其中使用空气泵来辅助再生和排泄。入口1501设置在壳体1502中，该壳体支撑将入口1501与出口1504分开的筛结构1503。管道通向泵1506，该泵将过滤的流出物泵送到另外的管道1507中，该另外的管道将洗涤流体馈送到清洁喷嘴组件1508。空气泵1509连接到另外的管道1507中以将空气泵送到洗涤流体系统中。空气增强从清洁喷嘴1508射出的洗涤流体射流的清洁效果。空气泵还可被操作以将连接到出口1504的管道中的任何剩余流体向上推至水线，这使得该实施方案能够被安装成低于水线。需要在入口(未示出)处设置单向阀，以防止流体被推回到洗衣机中。旁路系统1515将入口连接到出口。这确保了如果再生系统或排泄系统出于某些原因而失效，则流出物的整个洗涤负载将不会回流并且导致溢流。

如图17所示，可在分离器单元下方设置具有流体检测器1517的贮存器1516，该流体检测器可以是浮子开关或电容传感器。流体检测器检测流体何时存在于贮存器中。流体检测器被布置成控制泵805以洗涤筛结构以再生过滤器压力。另选地，传感器可设置在入口处以检测流出物何时存在于系统中或回流，并且这可用于致动泵以再生过滤器压力。可提供旁路系统，其中电子控制阀1618由流体检测器1617操作，因此如果贮存器中的水平超过预先确定的值，则旁路系统进行操作。可提供压力传感器以操作阀1617，其中压力传感器被布置成检测筛结构的未过滤侧与过滤侧之间的压力差。如果压力超过预先确定的值，则操作阀并且绕过分离器。

可提供分离器，其中入口馈送筛结构的内部，并且出口从筛结构的外部收集过滤的流出物。

当已排出流出物时，可打开分离器壳体以排空捕集器。可在筛结构的顶部设置开口以避免气锁。

空气入口可设置在分离器的入口处，以避免将所有废水从洗衣机中虹吸出。

图20示出了具有喷嘴2005的另选喷嘴组件，该喷嘴被布置成将流体流2010引导朝向可旋转板2011。该板具有特征2012，该特征被布置成使流体流偏转朝向筛结构2013。特征2012还被布置成使板旋转，使得喷射的流体在整个筛结构的出口侧的表面扫过，并且因此在另一侧上移除碎屑。

下文提供独立分离器的更详细描述：

图21a示出了用于定位在纺织物处理装置(诸如，家用洗衣机)外部的分离器单元。单元2100包括具有废水入口和出口(未示出)的主体2101和可去除的壶2102。该壶包括可收集过滤的微纤维的过滤器。该壶的去除允许过滤的微纤维被排空。图21b示出了单元2100，其中壶被去除并且与单元分离。该壶具有用于流出物入口、流出物出口和压力消耗再生流体馈送的管道。压力消耗再生流体是再循环的过滤的流出物。管道终止于短管中，并且单元的主体具有开口以接收这些管道短管；流出物入口2103、过滤的流出物出口2104和再循环的过滤的流出物2105。每个开口具有防水密封，该防水密封确保当壶就位时没有流体从短管与开口之间的接头泄漏。

图22a示出了沿着图21a中的线A-A'截取的单元2100的横截面。该单元具有废水入口2201，该废水入口可连接到洗衣机的出口。管道通向壶2203的入口短管2202，其中当该单元在使用中时，废水被切向地引导到壶2203的圆柱形室2204中。圆柱形过滤器组件205位于壶2203内的中心，在图23中更详细地示出。它是在一组竖直肋之间具有一系列开口的塑料保持架2301。网格(未示出)被重叠注塑到该塑料保持架。该网格在肋的外侧上是齐平的。提供了挡板2302，该挡板在壶入口2202的一侧形成室2204内部的壁，使得流出物仅沿着一个方向围绕室内部前进。所捕获的颗粒绕过过滤器，在挡板处收集并且在过滤器的远离入口的远侧处积累。这限制了所捕获的颗粒的再循环。通过入口的网格保持清洁并没有颗粒。因此，当废水进入过滤器室时，其可通过网格。过滤器组件具有盖2203b以防止未过滤的流出物溢出到出口中。该过滤器盖还可被去除以允许使用者接近再生装置以进行维护。盖被设计在过滤器组件的顶部中，以确保在维护期间没有捕获的流出物能够通过该路径泄漏。壶2203具有开口顶部，使得使用者可接近内部以去除过滤的微塑料。壶2203具有带有凸缘2206的外边缘。当壶2203被安装在单元中时，将盖2207降低到壶上。盖包括与凸缘2206接合的密封件2208。杠杆2209操作机构以将盖降低到壶上并且提供壶到单元中的防水密封。

压力消耗再生装置位于壶的过滤器组件内，该压力消耗再生装置包括安装在中空龙头2211上的可旋转喷嘴组件2210。可旋转喷嘴组件通过过滤器组件盖2203b系留在龙头上。图22b所示，龙头由引导通过该单元至再循环泵2216a的管道馈送，该再循环泵可将洗涤流体提供给喷嘴组件。喷嘴组件在图24中更详细地示出。两个中空臂2402a、2402b切向地连接到中心毂2401。每个臂的端部具有竖直列的柔性喷嘴2403a、2403b，它们被布置成在整个网格的高度上延伸。喷嘴是柔性的，使得任何水垢积累都可被容易地弄碎。喷嘴组件的切向布置意味着当通过再循环泵强迫加压流体通过喷嘴时，该切向布置将导致组件以大约30rpm至150rpm旋转。旋转被布置成沿着与流体围绕室的流动方向相对的方向；以这种方式，从喷嘴发射的流体射流的冲击角度与流出物的流动一致，与该角度与流出物的流动相反的情况相比，这允许被移除的碎屑更进一步地围绕网格流动。图25示出了在壶组件内就位的喷嘴组件。其上安装有再生装置的龙头作为平面轴承进行操作。其在上部部分和下部部分处具有允许一定量的洗涤流体离开的排放路径。这受到槽的迷宫密封的限制。重要的是允许洗涤流体在此处离开，因为这确保了可能进入该机械系统中的任何碎屑也可被排出并且限制堵塞的风险。槽的公差允许可沿任何取向穿过网格孔装配的最大颗粒通过该轴承。

壶203设置有模制件2212，该模制件收集已通过网格的过滤的流出物。该模制件通道流出至壶出口2213。壶出口馈送两个贮存器；再循环贮存器2214和排泄贮存器2215。再循环贮存器连接到再循环泵2216a。图22b所示，排泄贮存器连接到排泄泵2216b。排泄泵的出口馈送到室2217中，该室具有单向阀2218以防止过滤的流出物返回到贮存器2214、2215。过滤的流出物经由出口2219离开该单元。

在从过滤器单元排泄时，贮存器被布置成优先在排泄贮存器之前填充再循环贮存器。这确保了总是存在用于再循环的洗涤流体的供应源并且其不被排泄泵去除。

再循环贮存器的体积被设计成确保洗涤流体的供应源，该洗涤流体的供应源可提供恒定的再循环而不完全排空贮存器。在一些场景中，可能有利的是限制这种情况并且仅提供足够的洗涤流体以用于“突发”，因为该体积的减小使得产品尺寸能够减小。

排泄贮存器的体积被设计成确保来自出口管道和软管的任何回流流体能够回充到该室中而不会溢出。这确保了当产品靠近地板水平安装时使用者可去除过滤器壶并且不会导致任何溢流。

贮存器的几何形状被设计成具有成角度的基部和用于泵的集中化馈送点。这通过去除缸中的静态流动区域并产生动态排泄环境来减少缸中的沉淀，该动态排泄环境促使颗粒行进到馈送点并通过泵与任何废水一起被去除。

贮存器的几何形状和深度被进一步设计成限制泵的涡流，否则该涡流将降低它们将水吸入泵中的能力并降低它们的操作效率

单元2100的入口2201和出口2219通过管道2220连接。分配阀2221设置在管道2220的入口处。分配阀在预先确定的压力下打开，使得如果单元中存在故障并且压力积累，则阀进行操作并且流出物绕过单元的过滤器部分直接到达出口。单向阀2222被设置成防止过滤的流出物再循环，并且单向阀2223被设置成防止旁路流出物进入贮存器。在该设计的另一实施方案中，使用者可接近旁路以进行维护，例如以去除堵塞。

空气阀2224设置在入口中，以防止再循环泵和/或排泄泵将水从连接的洗衣机中抽出，以确保在洗衣机中留有足够的水。

图26示出了安装在PCB 2601上的单元的电子控制系统的布置。提供了两个传感器；i)根据控制方法和软件逻辑处于管道的入口或其他区域中的电容传感器，其检测流出物的存在，和ii)被布置成测量网格的两侧之间的压力差的压力差传感器。压力差传感器可用于指示网格的每一侧之间的压力差。这可用于监测系统的健康，并且可用于向逻辑提供反馈，诸如指示网格是否很快被碎屑堵住以及是否应当致动再生。提供了微动开关2602，该微动开关检测壶何时完全位于单元中。可使用任何其他类型的传感器(诸如IR传感器)来检测机械移动。如果壶没有被定位并且单元被接通，则响起警报以警告使用者在使用之前定位壶。这也可在定时器上操作，使得在维护期间提醒使用者替换壶并且不要将单元拆卸开。

电容传感器是流体传感器类型；可使用任何其他类型，诸如浮子开关。

电子系统被布置成以涉及传感器和软件逻辑的不同组合的多种模式操作单元，以优化系统操作或改变系统操作以用于不同的区域、使用者、功能或成本要求。例如，可仅使用电容传感器(没有压力传感器)来减少部件的数量和降低成本。以下是使用模式的示例：

实施例1-电容传感器和压力传感器

有源过滤：

如果电容传感器指示在入口处存在流出物(即，洗衣机正在排空)并且压力传感器指示网格已被堵住，则致动排泄泵以排出单元，并且致动再循环泵以喷洒网格以去除碎屑并且再生压力消耗。一旦已触发有源过滤，则其可运行达设定时间。

无源过滤：

如果压力传感器指示压力差低于阈值并且电容传感器被触发，则启动无源过滤。这是关闭再循环泵并且仅操作排泄泵的情况。

排泄循环：

如果电容传感器指示在输入处的流出物已停止，则在延迟(该延迟可以是大约100秒)之后操作再循环泵，以清洁网格；该延迟可被调整。不久之后，例如2秒，操作排泄泵以排出系统。然后在例如另外3秒之后关闭再循环泵，然后在例如10秒之后关闭排泄泵。如果电容传感器检测到输入流出物，则中断排泄循环并且再次启动过滤模式。

待机：

如果电容传感器低，则再循环泵和排出泵均被关闭。

实施例2-仅电容传感器

电容传感器设置在入口管上。当检测到水时，泵被致动直到不再检测到水。泵被编程为超限预先确定的秒数，以清洁网格并排出过滤器。

实施例3-在排泄泵上具有电流监测的电容传感器。

电容传感器设置在入口管上。当检测到水时，打开排出泵。如果排出泵上的电流低，同时流体传感器读数高，则打开再循环泵。在预先确定的时间之后关闭再循环泵，同时使排出泵保持打开。

实施例4-集成在洗衣机中-仅压力传感器

分离器单元可集成到洗衣机或其他纺织物处理装置中。不需要流体传感器，因为与洗衣机控制逻辑的集成使得过滤器能够知道水何时被泵送到过滤器中。当流体被泵送通过过滤器并且压力传感器低时，不运行再循环泵，但致动排出泵。当流体被泵送通过过滤器并且压力传感器被触发时，则运行再循环泵。洗衣机排出循环可在此时暂停达几秒钟，以提高压力消耗再生效率。

该单元可用于通过将水从输出再循环回到洗衣机中来减少现有洗衣机或其他纺织物处理装备的水消耗。这是可能的，因为过滤器从流出物中去除了高比例的碎屑，并且因此非常干净。集成到洗衣机中的单元也可提供该功能。

分离器单元可集成到洗衣机中并且用于取代常规的过滤器，该常规的过滤器用于防止碎屑到达并损害洗衣机泵。此外，通过利用本文所公开的先进过滤技术来替换现有过滤器，可一起使用不同的洗衣机泵，即以更高的效率操作。

由于组成系统的元件的复杂性，旁路系统是上述系统的重要特征。如果这些中的任一者失效，则旁路系统确保单元不会淹没所有者的财产。例如，如果压力再生系统发生故障，例如喷嘴被阻塞或喷嘴组件因为任何原因而停止旋转，则筛结构将变得被堵住并且流体将回流到入口中。在不存在旁路系统的情况下，该回流的流体可能溢出单元并进入到财产中，从而导致许多损害。

作为再生分离器单元的压力的替代，可提供一次性刀片架。包含过滤元件(即筛结构)的分离器的一部分可被设置为刀片架，该刀片架被去除和处理掉并且用新的刀片架替换。另选地，该刀片架可被送去清洁，然后再使用。

从纺织厂排出的废水被微纤维污染，并且不能保证其在市政设施处被过滤。当这些设施存在时，它们可去除高达98％的微塑料，然而所排出的微塑料仍然相当于数百万的微纤维/天。从水中去除的微纤维然后可作为“污水污泥”被传入环境中，作为肥料散布在农业用地上。最终，微纤维作为污染物被传入到自然环境中—它们需要在源头处被阻止。

湿法处理工厂目前以线性系统操作，由此微纤维资源作为污染物从技术过程排出进入到生物环境中。使用本文所述的分离器系统将回路封闭成连续循环，以保持微纤维在技术过程中的价值并阻止对生物环境的损害。

分离器系统的实施方案可被改装到湿法处理纺织物工厂的现有废水出口上，以在自然环境的污染可能发生之前实现在源头处的微纤维捕获。

该分离器系统可用于从环境排泄系统(诸如，路侧沟)中过滤微塑料和其他微污染物。环境中的许多微塑料从较大的塑料制品诸如汽车轮胎、路面和道路标记中分解。轮胎是仅次于合成塑料的微塑料的最大源头，并且包含有害材料诸如矿物油。

催化转化器安装在大多数汽车上，并且包含非常有价值的材料，诸如铂、钯、铜和锌。在使用期间，这些金属中的少量金属在汽车中损失并且碎片沉积在路面上。虽然金属浓度地理地改变，但这些材料的收集和再循环不仅减少了环境污染，还可能是循环经济中的收益流。

本发明的较大规模实施方案可应用于废水处理厂中的流出物处理。例如，分离器的室的直径可以是1米或2米或更大。

典型的污水网是沿着两种设计中的一种设计构建的：

i)组合下水道。这些组合下水道将地表水和污水收集在一起，这意味着所有废水都会通过废水处理厂(WWTP)。在暴雨期间，通常会发生污水溢流，将未处理的污水和污染物释放到水体中。

ii)独立下水道。这些独立下水道将地表水直接排放到水体中。

在这两种系统中，路边径流(即来自道路的地表水)被释放到环境中。大多数路侧沟具有位于规则点处的排出管，并且这些排出管具有沉淀物“罐”，该沉淀物“罐”使重材料(比如砾石和沙子)沉降以防止堵塞。这些容纳一些微污染物，但大多数微塑料和有价值金属太小并且不能被保留。

本发明的分离系统的实施方案可作为插入件被改装到排出管的沉淀物罐中以在源头处过滤微污染物。其被设计成适配现有的沟渠并且使用移动真空泵来排空。

在另一实施方案中，该系统可用作用于海洋废物处理的过滤系统的一部分。在海运船舶处，倾倒被船上的活动污染的废水，该废水包括来自各种源头的微塑料。该过滤器系统可用于在处理之前过滤该流出物，并且因此对抗该污染源。

Claims (25)

1.适用于从流体中分离固体材料的分离器，所述分离器包括：

具有入口和出口的室，

在所述入口与所述出口之间形成可渗透屏障以过滤所述流出物的筛结构，所述筛结构因此具有用于未过滤的流出物的入口侧和用于过滤的流出物的出口侧，所述分离器还包括：用于从所述筛结构移除过滤材料的过滤器压力再生装置，其中所述过滤器压力再生装置包括管道和喷嘴组件，所述喷嘴组件具有用于引导流体朝向所述筛结构的所述出口侧的至少一个清洁喷嘴，并且

其中旁路管道设置在所述入口与所述出口之间，以在所述流体的流动被阻碍的情况下提供用于流出物的另选路线。

2.根据权利要求1所述的分离器，其中所述旁路管道包括压力致动阀。

3.根据权利要求1所述的分离器，其中所述旁路管道包括重力旁路管。

4.根据权利要求1所述的分离器，其中所述旁路管道包括一系列重力旁路管。

5.根据权利要求1所述的分离器，其中所述旁路管道包括皮托管。

6.根据权利要求1所述的分离器，其中所述旁路管道包括文氏管。

7.根据权利要求6所述的分离器，其中所述旁路系统包括电子控制阀。

8.根据任一前述权利要求所述的分离器，

其中提供了流体检测器，并且其中所述过滤器压力再生装置被布置成根据来自所述流体检测器的输出致动。

9.根据权利要求7至8所述的分离器，其中贮存器设置在所述室的下方，并且所述流体检测器位于所述贮存器中。

10.根据权利要求7至9所述的分离器，其中所述流体检测器是浮子开关、电容传感器或压力传感器

11.根据权利要求7至10所述的分离器，其中所述室是圆柱形的，并且所述筛结构是在所述室内的同轴圆柱体，并且其中壁设置在所述入口的一侧，使得所述流出物围绕所述筛结构被引导通过通道，使得被来自所述清洁喷嘴的所述洗涤水移除的过滤材料积聚在所述壁的远离所述入口的一侧上。

12.根据权利要求7至11所述的分离器，其中提供了捕集器，所述捕集器包括在所述通道的基部中至子室的开口，所述积聚的过滤材料能够被收集在所述子室。

13.根据权利要求7至12所述的分离器，其中所述喷嘴组件包括多个清洁喷嘴，所述多个清洁喷嘴能够围绕所述筛结构的中心轴线旋转。

14.根据任一前述权利要求所述的分离器，具有与所述室的所述出口流体连通的泵。

15.根据权利要求14所述的分离器，其中所述泵是被布置成排出所述分离器的水泵。

16.根据权利要求15所述的分离器，其中所述泵被布置成将所述过滤的流出物再循环到所述过滤器压力再生装置的所述管道。

17.根据权利要求13至16所述的分离器，其中限制件设置在所述泵下游的管道中，其中所述限制件的孔被设置为确保预设量的过滤的流出物再循环到所述过滤器压力再生装置中并且一定量的所述过滤的流出物被排出。

18.根据权利要求13至17所述的分离器，其中通气口设置在所述泵与所述过滤器压力再生装置之间的管道中，以将空气引入到所述管道中。

19.根据权利要求13至18所述的分离器，其中第二泵被布置成将所述过滤的流出物再循环到所述过滤器压力再生装置的所述管道。

20.根据权利要求13至19所述的分离器，其中所述分离器还包括位于所述泵与所述过滤器压力再生装置之间的空气泵，以将空气引入到所述管道中并且排出所述分离器。

21.根据权利要求1所述的分离器，其中所述喷嘴组件包括喷嘴，所述喷嘴被布置成引导流体流朝向可旋转板，其中所述板被布置成在所述流体流的力下旋转并且朝向所述筛结构向外喷射所述流体。

22.一种具有根据权利要求1至20所述的分离器的洗衣机。

23.一种操作根据权利要求1至20所述的分离器的方法，所述方法包括以下步骤：

通过筛结构过滤流出物，

当所述筛结构入口处的压力超过预先确定的阈值时，允许所述流出物绕过所述筛结构。

24.根据权利要求22所述的方法，所述方法还包括以下步骤：允许所述流出物通过无源旁路系统绕过所述筛结构。

25.根据权利要求23所述的方法，所述方法还包括以下步骤：使用传感器来检测所述入口处的所述压力，并且当压力差到达所述预先确定的阈值时控制旁路管道中的电子阀。